આ ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ, ચિપ્સ, માઇક્રોચિપ્સ, IC (ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ) અથવા CI (ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ), અથવા તમે તેમને જે પણ કૉલ કરવા માંગો છો, તે ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટ્સનો એક પ્રકાર છે જેણે વર્તમાન સ્તરે ટેક્નોલોજીની પ્રગતિને શક્ય બનાવી છે. આ શોધ વિના, કમ્પ્યુટિંગ અને ટેલિકોમ્યુનિકેશન્સ કદાચ તેઓ જે છે તે ન હોત, અને ઇલેક્ટ્રોનિક અને ઇલેક્ટ્રિકલ ઉપકરણો ખૂબ જ અલગ હશે.
તેમના નાના કદ હોવા છતાં, અને તે દરેક જગ્યાએ છે, આ સંકલિત સર્કિટ છુપાવે છે શોધવા માટે મહાન આશ્ચર્ય. અહીં તમે આ વિશે ઘણું શીખી શકો છો ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકો...
સંકલિત સર્કિટ શું છે?
આ ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ સેમિકન્ડક્ટરના પેડ્સ છે એન્કેપ્સ્યુલેટેડ અને રેકોર્ડ કરેલ ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટ ધરાવે છે. તેઓ જે લોજિક ફેમિલી સાથે સંબંધ ધરાવે છે તેના આધારે, આ સર્કિટ વિવિધ લઘુચિત્ર ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકોથી બનેલા હશે. ઉદાહરણ તરીકે, તેઓ ડાયોડ, ટ્રાન્ઝિસ્ટર, રેઝિસ્ટર, કેપેસિટર્સ વગેરે હોઈ શકે છે.
તેમના કારણે વિકાસ શક્ય બન્યો છે આધુનિક ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને તેઓ જે મહાન એકીકરણને મંજૂરી આપે છે તે જોતાં નવા યુગની શરૂઆત કરો. વાસ્તવમાં, આજની કેટલીક સૌથી અદ્યતન ચિપ્સ માત્ર થોડા મિલીમીટર ચોરસના ડાઇમાં અબજો ટ્રાંઝિસ્ટરને એકીકૃત કરી શકે છે.
ચિપ્સનો ઇતિહાસ
શરૂઆતમાં, ઇલેક્ટ્રોનિક્સ રફનો ઉપયોગ કરવાનું શરૂ કર્યું વેક્યૂમ વાલ્વ પરંપરાગત લાઇટ બલ્બ જેવું જ. આ વાલ્વ મોટા હતા, ખૂબ જ બિનકાર્યક્ષમ હતા, તે ખૂબ જ ગરમ થઈ ગયા હતા, અને તે સરળતાથી તૂટી ગયા હતા, તેથી ફૂંકાયેલા વાલ્વને બદલવું જરૂરી હતું જેથી તેમની પાસે રહેલા કમ્પ્યુટર્સ અને અન્ય સાધનો કામ કરતા રહે.
En 1947માં ટ્રાંઝિસ્ટરની શોધ થઈ, એક ટુકડો જે જૂના વાલ્વને બદલશે અને તે ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં પણ ક્રાંતિ લાવશે. તેના માટે આભાર, ઘન રાજ્ય ઉપકરણ, વાલ્વ કરતાં વધુ પ્રતિરોધક, કાર્યક્ષમ અને ઝડપી હોવું શક્ય હતું. જો કે, કેટલાકે વિચાર્યું કે તેઓ આમાંના ઘણા તત્વોને એક સિલિકોન ચિપમાં એકીકૃત કરી શકે છે. આ રીતે ઇતિહાસમાં પ્રથમ સંકલિત સર્કિટ બનાવવામાં આવી હતી.
સમય જતાં, સોલિડ સ્ટેટ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ વિકસિત થયું અને ઘટકોનું કદ ઘટાડ્યું, તેમજ ખર્ચમાં ઘટાડો કર્યો. 50 ના દાયકાના અંતમાં, ટેક્સાસ ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ્સના શોધક નામના જેક કિલ્બી, તેને સેમિકન્ડક્ટર ચિપ અને કેટલાક વાયરિંગ બનાવવાનું લાગ્યું જે વિવિધ ભાગોને વણાટ કરે છે. આ ઇતિહાસમાં પ્રથમ ચિપ બની હતી, અને તે તેના માટે નોબેલ પુરસ્કાર જીતવા માટે આગળ વધશે.
લગભગ સમાંતર, રોબર્ટ નોયસતે સમયે, ફેરચાઇલ્ડ સેમિકન્ડક્ટર (પાછળથી ઇન્ટેલના સ્થાપકોમાંના એક) ના કર્મચારીએ પણ એક સમાન ઉપકરણ વિકસાવ્યું હતું, પરંતુ કિલ્બીની તુલનામાં ઘણા ફાયદાઓ સાથે. નોયસે એવો વિચાર બનાવ્યો હતો જે આજના ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટને માર્ગ આપશે. આ ટેક્નોલોજીને પ્લાનર કહેવામાં આવતું હતું, અને કિલ્બીની મેસા ટેક્નોલોજી કરતાં તેના ફાયદા હતા.
ત્યારથી, તે અટક્યું નથી ઉત્ક્રાંતિ અને આ ઘટકોની સુધારણા. ઇંધણની અર્થવ્યવસ્થા અને કદની જેમ ખર્ચમાં ઘટાડો થયો છે, જ્યારે કામગીરી અને કામગીરીમાં નાટ્યાત્મક સુધારો થયો છે. અન્ય કોઈ ક્ષેત્રનો આટલો વિકાસ થયો નથી, અને અન્ય કોઈ ક્ષેત્રે માનવતા પર આટલી મોટી અસર કરી નથી ...
તેઓ કેવી રીતે બનાવવામાં આવે છે?
ની પ્રક્રિયા સંકલિત સર્કિટનું ઉત્પાદન તે અત્યંત જટિલ છે. જો કે, વિડીયોમાં દેખાય છે તેમ, તેને થોડા સરળ પગલાઓમાં સારાંશ આપી શકાય છે જેથી લોકો સમજી શકે કે તેઓ કેવી રીતે કરવામાં આવે છે.
અહીં હું પ્રયત્ન કરીશ ડિઝાઇન પગલાઓનો સારાંશ આપો વધુ ઊંડાણમાં ગયા વિના શ્રેષ્ઠ શક્ય, કારણ કે તે હજારો લેખો માટે આપશે:
- જરૂરિયાતનો ભાગ બનો, એક એપ્લિકેશન કે જેના માટે તમારે ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટ બનાવવાની જરૂર છે.
- એક ડિઝાઇન ટીમ ચિપમાં હોવી જોઈએ તેવી લાક્ષણિકતાઓ અને વિશિષ્ટતાઓની રૂપરેખા આપવાનો હવાલો સંભાળે છે.
- પછી, ડિઝાઇન લોજિક ગેટ્સ અને અન્ય મેમરી એલિમેન્ટ્સ વગેરેનો ઉપયોગ કરવાનું શરૂ કરશે, જ્યાં સુધી લોજિક ડિઝાઇન પ્રાપ્ત ન થાય ત્યાં સુધી કે જે કાર્ય માટે આ ચિપ ડિઝાઇન કરવામાં આવી છે તેનો વિકાસ કરે.
- આ પછી, તે શ્રેણીબદ્ધ પગલાંઓમાંથી પસાર થશે કે જેની વચ્ચે પરીક્ષણો અને સિમ્યુલેશન કરવામાં આવે છે તે નક્કી કરવા માટે કે તે તર્કના સ્તરે યોગ્ય રીતે કાર્ય કરે છે, અને તે ભૌતિક રીતે કરે છે કે કેમ તે જોવા માટે પરીક્ષણ ચિપ્સ પણ બનાવવામાં આવે છે.
- એકવાર ડિઝાઇન સ્ટેજ પૂર્ણ થઈ જાય, પછી ડિઝાઇન કરેલ સર્કિટના લેઆઉટમાંથી ઉત્પાદન માટે માસ્કની શ્રેણી બનાવવામાં આવે છે. તેમના પર એક પેટર્ન કોતરવામાં આવે છે જેથી તે સિલિકોન પર કોતરણી કરી શકાય.
- આ પેટર્નનો ઉપયોગ ફાઉન્ડ્રી અથવા ફેક્ટરી દ્વારા સેમિકન્ડક્ટર વેફરમાં એકીકૃત સર્કિટ બનાવવા માટે થાય છે. આ વેફર્સમાં સામાન્ય રીતે કેટલાક કિસ્સાઓમાં 200 અથવા 300 ચિપ્સ હોય છે.
આ ડિઝાઇન સ્ટેજ સુધી છે, થી ઉત્પાદન બાજુ, અમારી પાસે:
- સિલિકોન ખનિજ રેતી અથવા ક્વાર્ટઝમાંથી મેળવવામાં આવે છે.
- એકવાર તે અલ્ટ્રા-પ્યોર, અથવા EGS (ઇલેક્ટ્રોનિક-ગ્રેડ સિલિકોન), શુદ્ધતાના સ્તર સાથે અન્ય ઉદ્યોગોમાં વપરાતા સિલિકોન કરતા વધારે હોય છે.
- આ EGS ફાઉન્ડ્રીમાં ટુકડાઓના રૂપમાં આવે છે, જ્યાં તેને ક્રુસિબલમાં ઓગાળવામાં આવે છે અને સીડ ક્રિસ્ટલ દ્વારા તેને Czochralski પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને ઉગાડવામાં આવે છે. સરળતાથી સમજવા માટે, તે મેળામાં સામાન્ય કપાસની કેન્ડી કેવી રીતે બનાવવામાં આવે છે તેના જેવું જ છે, તમે લાકડી (સીડ ક્રિસ્ટલ) અને કપાસ (પીગળેલા સિલિકોન) લાકડીઓ રજૂ કરો છો અને વોલ્યુમમાં વધારો થાય છે.
- તે પગલાના અંતે, પરિણામ એ એક ઇંગોટ છે, જે સિલિન્ડરના આકારમાં મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન ક્રિસ્ટલનો મોટો ટુકડો છે. આ બારને ખૂબ જ પાતળી વેફરમાં કાપવામાં આવે છે.
- આ વેફર્સ સપાટીને પોલિશ કરવા માટે પ્રક્રિયાઓની શ્રેણીમાંથી પસાર થાય છે જેથી ઉત્પાદનની શરૂઆત સુધી તે અપ્રદૂષિત રહે.
- પછીથી, આ વેફર્સ તેમના પર ચિપ્સ બનાવવા માટે ઘણી પુનરાવર્તિત પ્રક્રિયાઓમાંથી પસાર થશે. આ પ્રક્રિયાઓ ભૌતિક-રાસાયણિક પ્રકારની હોય છે, જેમ કે ફોટોલિથોગ્રાફી, ઈચિંગ અથવા ઈચિંગ, એપિટેક્સિયલ ગ્રોથ, ઓક્સિડેશન, આયન ઈમ્પ્લાન્ટેશન વગેરે.
- અંતિમ વિચાર એ છે કે વેફર સબસ્ટ્રેટ પર ઈલેક્ટ્રોનિક ઘટકો, સામાન્ય રીતે ટ્રાન્ઝિસ્ટર, બનાવવું, અને પછી કથિત ઘટકોને એકબીજા સાથે જોડવા માટે સ્તરો ઉમેરવાનો છે, જેથી નીચેના સ્તરોમાં લોજિક ગેટ બનાવવામાં આવે, પછી નીચેના સ્તરોમાં આ દરવાજા પ્રાથમિક એકમો (એડર્સ) બનાવવા માટે જોડાયેલા હોય. રજીસ્ટર, ...), નીચેના સ્તરોમાં કાર્યાત્મક એકમો (મેમરી, ALU, FPU, ...), અને અંતે બધા સંપૂર્ણ સર્કિટ બનાવવા માટે એકબીજા સાથે જોડાયેલા છે, ઉદાહરણ તરીકે, CPU. અદ્યતન ચિપ પર 20 સ્તરો હોઈ શકે છે.
- આ બધી પ્રક્રિયાઓ પછી, જે પૂર્ણ થવામાં ઘણા મહિનાઓ લાગી શકે છે, દરેક વેફર માટે સેંકડો સમાન સર્કિટ મેળવવામાં આવશે. આગળની વસ્તુ તેમને ચકાસવા અને કાપવાની છે, એટલે કે, તેમને વ્યક્તિગત સિલિકોન ચિપ્સમાં વિભાજીત કરો.
- હવે જ્યારે તેઓ ઢીલા થઈ ગયા છે, ત્યારે અમે ઈન્કેપ્સ્યુલેટ (DIP, SOIC, PGA, QFP, ...) કરવા આગળ વધીએ છીએ જ્યાં ચિપ સુરક્ષિત છે અને પેડ્સ જોડાયેલા છે, જે સપાટી પર સંવાહક ટ્રેક છે, સંકલિત સર્કિટની પિન સાથે. .
દેખીતી રીતે, બધા સંકલિત સર્કિટ સમાન નથી. અહીં મેં વિધેયાત્મક એકમો અને CPU જેવી વધુ જટિલ વસ્તુઓ વિશે વાત કરી છે, પરંતુ 555 ટાઈમર અથવા 4 લોજિક ગેટવાળા IC જેવા અત્યંત સરળ સર્કિટ પણ છે જે અત્યંત સરળ છે. તેમની પાસે ફક્ત થોડા ડઝન ઘટકો હશે અને તે મેટાલિક ઇન્ટરકનેક્શનના એક અથવા થોડા સ્તરો સાથે જોડાયેલા હશે ...
ICs ના પ્રકાર
ત્યાં માત્ર એક જ પ્રકાર નથી, પરંતુ અનેક છે સંકલિત સર્કિટના પ્રકાર. તમે શોધી શકો છો તે સૌથી પ્રખ્યાત છે:
- ડિજિટલ ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ: તેઓ ખૂબ જ લોકપ્રિય છે, અને કમ્પ્યુટરથી લઈને મોબાઈલ ઉપકરણો, સ્માર્ટ ટીવી વગેરેમાં ઘણા આધુનિક ઉપકરણોમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે. તેઓ ડિજિટલ સિસ્ટમ પર આધારિત કામ કરીને લાક્ષણિકતા ધરાવે છે, એટલે કે, 0 અને 1 સાથે, 0 એ નીચા વોલ્ટેજ સિગ્નલ સાથે અને 1 એ ઉચ્ચ સિગ્નલ છે. આ રીતે તેઓ માહિતીને એન્કોડ કરે છે અને કાર્ય કરે છે. ઉદાહરણો PLCs, FPGAs, મેમરીઝ, CPU, GPU, MCU, વગેરે હોઈ શકે છે.
- એનાલોગ: દ્વિસંગી સંકેતો પર આધારિત હોવાને બદલે, આ કિસ્સામાં તેઓ સતત સંકેતો છે વોલ્ટેજમાં ચલો. આનો આભાર, તેઓ ફિલ્ટરિંગ, સિગ્નલ વિસ્તરણ, ડિમોડ્યુલેશન, મોડ્યુલેશન વગેરે જેવા કાર્યો હાંસલ કરી શકે છે. અલબત્ત, ઘણી સિસ્ટમો એનાલોગ અને ડિજિટલ સર્કિટ બંને સાથે કામ કરે છે, તેનો ઉપયોગ કરે છે એડી / ડીએ કન્વર્ટર. તેમને બે મોટા જૂથોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે, રેખીય સંકલિત સર્કિટ અને રેડિયો ફ્રીક્વન્સી (RF). ઉદાહરણો ઓડિયો ફિલ્ટરિંગ, સાઉન્ડ એમ્પ્લીફાયર, ઉત્સર્જન અથવા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો, સેન્સર વગેરે માટે રિસેપ્શન સિસ્ટમ માટે ચિપ હોઈ શકે છે.
- મિશ્ર સિગ્નલ ICs: નામ સૂચવે છે તેમ, તે બંનેનું મિશ્રણ છે. કેટલાક ઉદાહરણો એનાલોગ-ડિજિટલ અથવા ડિજિટલ-એનાલોગ કન્વર્ટર, ઘડિયાળો માટે ચોક્કસ ચિપ્સ, ટાઈમર, એન્કોડર્સ/ડીકોડર્સ વગેરે હોઈ શકે છે.
પ્રિન્ટેડ સર્કિટ સાથે તફાવત
ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ પ્રિન્ટેડ સર્કિટ સાથે મૂંઝવણમાં ન હોવી જોઈએ. તે બંને અલગ વસ્તુઓ છે. જ્યારે ભૂતપૂર્વ માઇક્રોચિપ્સનો સંદર્ભ આપે છે, તમે જોયું તેમ, પ્રિન્ટેડ સર્કિટ, અથવા પીસીબીતે અન્ય પ્રકારના ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટ છે જે મોટી પ્લેટો પર છાપવામાં આવે છે.
આ તફાવતો સૌથી નોંધપાત્ર છે:
- પ્રિન્ટેડ સર્કિટ: તે પ્લેટની બનેલી હોય છે જેમાં વાહક રેખાઓની પેટર્ન હોય છે, જેમ કે વિવિધ દાખલ કરેલ ઘટકો (કેપેસિટર્સ, ટ્રાન્ઝિસ્ટર, રેઝિસ્ટર, માઇક્રોચિપ્સ, ...) ને જોડવા માટે કોપર ટ્રેક, ડાઇલેક્ટ્રિક ઉપરાંત ટીન સોલ્ડરિંગ દ્વારા સોલ્ડર કરવામાં આવે છે. સામગ્રી (સબસ્ટ્રેટ) જે કનેક્ટિંગ ઇન્ટરકનેક્શનના સ્તરોને અલગ કરે છે. તેઓ સામાન્ય રીતે નોન-સરફેસ માઉન્ટ (SMD) ઘટકો માટે છિદ્રો અથવા વિયાસ દ્વારા પણ ધરાવે છે. બીજી બાજુ, તેમની પાસે સામાન્ય રીતે દંતકથા હોય છે, ઘટકોને ઓળખવા અને જાળવણીની સુવિધા માટે ગુણ, અક્ષરો અને સંખ્યાઓની શ્રેણી હોય છે. તાંબાને બચાવવા માટે, જે સરળતાથી ઓક્સિડાઇઝ થાય છે, તેમની પાસે સામાન્ય રીતે સપાટીની સારવાર હોય છે. અને, ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટથી વિપરીત, તેઓનું સમારકામ કરી શકાય છે, ક્ષતિગ્રસ્ત ઘટકોને બદલીને અથવા ઇન્ટરકનેક્ટ્સને પુનઃસ્થાપિત કરી શકાય છે.
- ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટતેઓ કદમાં ખૂબ નાના છે, નક્કર સ્થિતિમાં છે અને મોટા પ્રમાણમાં ઉત્પાદનની ઓછી કિંમત ધરાવે છે. પીસીબીથી વિપરીત, આનું સમારકામ કરી શકાતું નથી કારણ કે તેના ઘટકો અને જોડાણો એટલાં નાનાં છે કે તે અશક્ય છે.
ન તો સંકલિત સર્કિટ પ્રિન્ટેડ સર્કિટનો વિકલ્પ છે કે ન તો તેનાથી ઊલટું. બંનેના તેમના ઉપયોગો છે અને મોટા ભાગના કિસ્સાઓમાં તેઓ વ્યવહારિક એપ્લિકેશનમાં સાથે જાય છે ...
સૌથી વધુ લોકપ્રિય સંકલિત સર્કિટ
છેલ્લે, ત્યાં એક ટોળું છે ખૂબ જ લોકપ્રિય સંકલિત સર્કિટ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ પ્રોજેક્ટ માટેના કર્મચારીઓ, જેમ કે તર્ક દરવાજા. તેઓ સસ્તા છે, અને એમેઝોન અથવા વિશિષ્ટ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ જેવા સ્ટોર્સમાં સરળતાથી મળી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, અહીં કેટલાક સૌથી લોકપ્રિય છે:
- ઇન્ટરસ્ટેલર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ તરફથી 75 લોકપ્રિય ICs કીટ
- કોઈ ઉત્પાદનો મળ્યાં નથી..
- લોકપ્રિય NE10 ટાઈમરના 555 ICs.
- કોઈ ઉત્પાદનો મળ્યાં નથી..